摘要：变压器是电力系统中重要的设备之一，它的质量直接关系到电力系统的安全和经济效益，也影响到企业的经济效益和居民生活。
关键词：变压器；冲击试验；雷电冲击试验
1 前言
电力系统中的高压电器设备除承受长期工作电压作用及谐振过电压和操作过电压外，还受到大气过电压，电力变压器是电力系统中的重要设备，为了保证电力系统能够安全运行。要求变压器有足够冲击绝缘强度，对不同电压等级的变压器，按照国家标准进行雷电冲击试验。
2 变压器冲击试验原理
当一个冲击波作用于高压绕组首端时，在雷电冲击电压作用下，绕组的电感能量和电容能量发生交换而形成震荡过程。这个过程使绕组的匝间和饼间和绕组各饼对地的电位已不再是按匝数分布。其匝间饼间电位差和绕组各饼的对地电位和工频电压作用下比较要超过许多倍。所以变压器的纵绝缘主要是根据冲击时的作用电压而定。冲击波作用于高压绕组首端后，入端分压器记录入端波形，其后按变压器绕组内部电感电容链和对地电容分布链传播。在中性点为传导波形，在低压侧为电容藕合（传递）波，这两种波形为低频振荡叠加高频振荡无规律可言，对每台变压器均不一样，于是人们认为变压器示伤的基本原理有两条：
（1）变压器为线性元件。即在冲击电压下，频率达1-10MHz，铁心未饱和，为线性网络。
（2）50%电压与100%电压下波形比较。认为50%电压下绕组不会损坏，而100%电压下波形不一样，则认为变压器发生了故障，即有匝、段间击穿或主绝缘放电击穿。
3 冲击故障分析
3.1电压波形法
根据不同电压的电压波形来比较如果波形能明显看出畸变，则说明有较为严重的故障。（注意：有时故障并非都来源于变压器内部，冲击发生器系统放电或线路外部系统等都有可能使电压波形变发生类似于变压器故障的畸变，这就要求试验人员有丰富的工作经验和借助其它手段如示伤电流波形或抛离试品降低电压重试等方法来综合判断）。电压波形法是比较50%和100%时波形的变化，主要看波形幅值，振荡频率，波形走势的变化，但灵敏度较低，即线圈大面积受损击穿才能在电压波形上有所反应。一般说来：
（1）主绝缘对地故障，电压波形短时间内陡然下跌，波形发展不完全。
（2）沿被试绕组爬电式的贯穿性闪络放电，电压波形将呈台阶式下落。
（3）沿被试绕组局部闪络放电，波尾时间明显减小。
（4）层、匝间的绝缘较小故障时，电压波形反映不明显。
3.2中性点电流法
中性点电流是由流过绕组电容的充电电流，损耗电流，振荡电流，励磁电流的合成电流。当冲击电压等于零或接近于零的时候，中性点电流主要由励磁电流组成。当给变压器施加冲击波时，假定发生了匝间、段间或层间的击穿，由于短路线匝的去磁作用，绕组的电抗值将发生变化，空载电流发生变化，中性点电流也发生显著变化。中性点电流是一种缓慢的非周期性波形，持续时间可达500μs以上，有着比较高的灵敏度，它是冲击试验时判断故障的基本方法。
4 试验接线
图1 雷电冲击电压全波
雷电冲击试验（见图1）电压可用多级冲击电压发生器产生，用N级电容并联充电至电压U，然后串联放电，形成幅值为N×U的冲击电压，乘以冲击发生起的效率即为施加到试品首端的电压，为减少外部闪络情况的发生，冲击电压多采用负极性。雷电冲击试验时，非被试绕组应短路接地，被试绕组的非被试相根据不同的连接组别可接示伤电阻或直接接地，变压器油箱、铁心也应可靠接地，试验中所有的接地都应引至同一参考接地点。
5 波形的调整
雷电冲击时变压器的特性可以用其入口电容和电感来表征，入口电容主要影响波前的时间T1，电感影响其半峰值时间T2，入口电容主要取决于变压器的容量和绕组的接线方式，不随外部接线而改变。由于220kV电压等级的大容量变压器高压绕组入口电容一般较大，导致其冲击波形的波头时间往往大于标准的上限值1.56μs，为了得到符合要求的波前时间，只能减小波头电阻，有时候甚至需要把试验用的裸铜线换成铜排来减小接线的电阻以减小波头时间，但是，因为设备本身和试验回路具有一定的电感，若波头电阻用得过小，其阻尼的作用将会大大减小，这会使波头部分产生振荡或过冲，对于冲击电压比较低的试验（≤200kV），给试品并联一定阻值的电阻是一个消除过冲的很有效的方法，但此电阻不能选得过小（＜275Ω），也不能选得过大（＞750Ω）。对于开头提到的冲击电压等级比较高的试品，由于受到电阻本身的额定电压值、效率、安全等多方面因素的制约，这种方法就不适用了。此时考虑到过冲幅值不能大于峰值的5%，因此波头电阻的减小也应是建立在兼顾振荡或过冲幅值的基础上。对于大容量变压器的低压绕组，如果其额定电压较低（≤10.5kV），因为其匝数较少的缘故，等值电感也较小，储能能力有限，因此在雷电冲击试验时不容易得到符合要求的波尾时间（＜40μs），针对这种情况可以有以下几种解决方法：首先可把被试绕组的非被试端子通过阻抗接地，即通常所谓的支撑电阻，此电阻值的选择，应使在这些端子上所产生的电压被限制到不大于其额定雷电冲击耐受电压的75%（对星形联结绕组）或50%（对三角形联结绕组），另外可以在波头电阻上并联电感，以增大系统的等效电感，这种方法一般可以明显地增大波尾时间。如果通过以上两种方法仍无法得到满足要求的波尾时间，可以把冲击发生器的主电容并联起来使用，这样冲击发生器的能量将成倍地增大，有时可能给试品带来不好的影响，通常情况下综合以上几种调整波尾的方法一般可得到符合要求的波形了。但是由于试品电感的存在，一般不容易取得单极性的标准全波，而是在波尾部分有过零振荡，此时要求振荡峰值不超过试验电压幅值的50%，如果超过50%幅值，通常可以用增大支撑电阻的方法来改善，但是同时也应考虑到支撑电阻上的耐受电压水平以及前面提到的其上面电压幅值的限制。对于截断波试验时常出现的过零振荡大于30%的情况，可以通过在截断回路中串入阻尼电阻来解决，由于截断时的电流无法控制，所以阻尼电阻阻值的选取 一般不能过大，以使其上面产生的电压不超过额定耐受电压，一般在15～30Ω即可。
6 试验的判定
变压器冲击试验时，是否通过试验或出现故障，主要是根据所记录的波形图来判断。检测端子电压及回路中各部份的电流，对取得的电压及电流进行分析，即可判断产品的绝缘状况，此法是目前主要的应用方法。而监听放电声音及工频复试等可作为辅助方法。试验时若无内部故障，只会听到变压器的放电声。当有故障时，产品内部或大或小的会有发闷的声音，很容易与设备放电声相区别，注意鉴听有助于故障的判断。
7 结束语
雷电冲击试验是变压器的型式试验项目，对于变压器的安全运行起着至关重要的作用，但是由于变压器的容量大小不一、电压等级多种多样、绕组工艺手段种类繁多，使得很多时候试验的调波和故障判断都没有很好的规律可循，只能凭借试验人员在工作中积累丰富的实践经验，才能保证试验的速度与质量。
参考文献
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[2]GB/T7252－2001．《变压器油中溶解气体分析和判断导则》[S]．
[3]GB/T16927.1-2011.《高电压试验技术一般定义及试验要求》[S]．
[4]GB/T16927.2-2013.《高电压试验技术第2部分：测量系统》[S]．
论文作者:朱磊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/18
标签：电压论文; 绕组论文; 波形论文; 变压器论文; 电流论文; 电阻论文; 雷电论文; 《基层建设》2017年第30期论文;